KR102089932B1 - 다전극 서브머지 아크 용접 방법, 그리고 용접 이음매 및 그 제조 방법 - Google Patents

다전극 서브머지 아크 용접 방법, 그리고 용접 이음매 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 전극을 사용하는 다전극 서브머지 아크 용접 방법으로서, 용접 진행 방향의 선두의 전극인 제 1 전극을 제외한, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극 (n : 2 이상의 정수) 에 대하여, 용접 전원으로서, 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 용접 전원을 사용함과 함께, 용접 중에 제 i 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (Fi) 의 최대값을 Fimax (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 평균값을 Fiave (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 표준 편차를 σFi (N/m) 로 했을 때, 그 Fimax, Fiave 및 σFi 가 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하도록 하여 용접을 실시한다.

Description

다전극 서브머지 아크 용접 방법, 그리고 용접 이음매 및 그 제조 방법{MULTI-ELECTRODE SUBMERGED ARC WELDING METHOD, WELD JOINT, AND WELD JOINT MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 다전극 서브머지 아크 용접 방법, 그리고 용접 이음매 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
강판을 용접할 때에 사용되는 다전극 서브머지 아크 용접은, 대전류를 공급하여 용입 깊이 및 용착 금속량을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 다전극 서브머지 아크 용접은, 1 전극의 서브머지 아크 용접에 비해 고능률의 용접 기술이며, 조선, 건축, 에너지 수송 등에 관련되는 구조물의 구축에 바람직한 용접 기술로서 널리 보급되어 있다.
다전극 서브머지 아크 용접에서는, 통상적으로 교류 전원과 직류 전원을 조합하여, 복수대의 전원이 사용된다. 특히, 교류 전원끼리를 조합하는 경우에는, 1 차측의 3 상 교류 전류의 u 상, v 상, w 상을 취입하는 배선 (이른바 결선) 에 따라, 용접성이 변화된다.
이와 같은 3 상 교류 전류를 취입하기 위한 결선에는 여러 가지 종류가 있으며, 용접시의 용접 안정성이나 용접 후의 용접 금속 (이른바 비드) 의 형상은, 그 결선, 즉 전극 간의 교류 전류의 위상차에 따라 크게 변화된다 (비특허문헌 1 참조). 그리고, 다전극 서브머지 아크 용접에 있어서의 용접 안정성의 향상 및 용접 금속의 형상의 개선을 도모하기 위하여 유효한 결선으로서, 스코트 결선, V 결선, 역 V 결선 등이 알려져 있다. 이들 결선에서는, 용접 중에 전자력의 영향으로 요동하는 각 전극의 아크의 거동이 비교적 안정되기 때문에, 용접 안정성의 향상 및 용접 금속의 형상의 개선 효과가 얻어진다.
(사) 일본 용접 협회 선박·철구 해양 구조물부회 용접 시공 위원회 : 용접 시공 "Q ＆ A", p.91 (1991년 3월)
스코트 결선, V 결선, 역 V 결선에서는, 1 차측으로부터 받아들인 3 상 교류 전류의 u 상, v 상, w 상으로부터 얻어지는 120 °마다의 위상을 갖는 교류 전류와, 코일의 자기 유도 작용에 의한 90 °의 지연 위상이 부여된 교류 전류 등을 조합하여, 전극 간의 교류 전류의 위상차가 결정된다. 그 위상차는, 구체적으로는 60 °, 90 °, 120 °, 135 °, 150 ° 등의 불연속인 고유의 값이 된다.
용접시의 아크의 요동은, 교류 전류에 의해 발생하는 전자력이 주된 요인이며, 또 그 전자력은 각 전극 간의 교류 전류의 위상차에 크게 의존하는 것이라고 생각된다. 이 때문에, 종래에는, 상기와 같은 불연속인 고유의 값 중에서, 전자력이 작아지는 결선으로서, 스코트 결선, V 결선, 역 V 결선 등을 용접 조건에 따라 적절히 채용하고 있었다.
그러나, 불연속인 고유의 값 중에서 교류 전류의 위상차를 선택한다는 용접 방법에서는, 각 전극 간에 발생하는 전자력을 충분히 억제하여, 아크의 요동을 방지할 수 없는 경우가 있고, 그 때문에, 스코트 결선, V 결선, 역 V 결선 등을 채용해도, 최적의 용접 조건으로 다전극 서브머지 아크 용접을 실시하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 용접시의 아크의 요동을 방지하여, 용접 안정성의 향상 및 용접 금속 (이른바 비드) 의 형상의 개선, 나아가서는 용접시의 가스의 뿜어 올림의 억제나 용접 금속 중의 결함 (이하, 용접 결함이라고 한다) 의 저감도 가능하게 한 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 의해 강판을 용접하는 용접 이음매의 제조 방법 및 그 용접 이음매의 제조 방법에 의해 얻어지는 용접 이음매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그런데, 본 발명자들은, 다전극 서브머지 아크 용접에 있어서, 용접시의 아크의 요동을 유효하게 방지하는 것이 가능한 용접 조건을 알아내기 위하여, 교류 전류의 위상을 임의로 제어할 수 있는 디지털 제어형 용접 전원에 착안하였다.
즉, 종래에는,
(a) 대전류에서의 용접에 있어서, 위상의 디지털 제어를 실시하는 것은 어렵고,
(b) 아크를 시인할 수 없는 서브머지 아크 용접에 있어서, 아크의 요동과 용접 전류의 위상의 상호 작용을 연구하는 것은 곤란하고,
(c) 다전극의 서브머지 아크 용접에서는, 각 전극의 전자력이 아크에 영향을 서로 미치기 때문에, 아크의 요동이 복잡해지고, 그 해석에 많은 시간을 필요로 하는 것 등의 이유로, 디지털 제어형 용접 전원을 사용하여 다전극 서브머지 아크 용접을 실시하는 기술의 검토는 이루어지고 있지 않았다.
이에 대하여, 본 발명자들은,
(A) 전류의 위상뿐만 아니라, 교류 전류의 파형이나 주파수도 임의로 제어할 수 있는 디지털 제어형 용접 전원은, 다전극 서브머지 아크 용접에 있어서의 아크의 요동을 방지하는 데에 있어서 유효한 수단이고,
(B) 최근 대폭적으로 향상된 해석 기술이나 연산 기술을 활용하여 실험 데이터를 분석함으로써, 최적의 용접 조건을 알아내는 것은 가능하다,
라고 생각하여, 교류 전류인 용접 전류의 주파수, 파형, 파형 밸런스, 파형 오프셋을 다양하게 변경하여 실험을 실시하고, 그에 따라 얻어진 데이터를 분석하여, 디지털 제어형 용접 전원을 사용한 다전극 서브머지 아크 용접의 최적의 용접 조건에 대하여 상세하게 연구하였다.
그 결과,
·아크의 요동의 주된 원인인 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력의 변동을 작게 억제하는 데에는, 디지털 제어형 용접 전원, 즉 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 용접 전원을 사용하여, 용접 중의 용접 진행 방향의 선두의 전극인 제 1 전극 이외의 각 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력의 최대값과 평균값을, 전극수와의 관계로 적정하게 제어하는 것이 유효하고, 이로써, 용접 안정성의 향상, 나아가서는 용접 금속의 형상의 개선을 유리하게 실현할 수 있고,
·또, 이들 전자력의 최대값과 평균값, 나아가서는 전자력의 표준 편차에 대하여, 소정의 관계를 만족시킴으로써, 용접 안정성의 향상과 용접 금속의 형상의 개선에 더하여, 용접 결함의 저감과, 용접시의 가스의 뿜어 올림의 억제를 유리하게 실현할 수 있다,
라는 지견을 얻었다.
본 발명은, 상기 지견에 기초하여, 추가로 검토를 가한 후에 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 복수의 전극을 사용하는 다전극 서브머지 아크 용접 방법으로서,
용접 진행 방향의 선두의 전극인 제 1 전극을 제외한, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극 (n : 2 이상의 정수) 에 있어서,
용접 전원으로서, 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 용접 전원을 사용함과 함께,
용접 중에 제 i 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (Fi) 의 최대값을 Fimax (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 평균값을 Fiave (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 표준 편차를 σFi (N/m) 로 했을 때, 그 Fimax, Fiave 및 σFi 가 다음 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하도록 하여 용접을 실시하는, 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
Figure 112017121538899-pct00001
Figure 112017121538899-pct00002
여기서, n 은 전극수, i 는 2 ∼ n 까지의 정수이다.
2. 상기 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi (rad)) 의 표준 편차를 σθi (rad) 로 했을 때, 그 σθi 가 다음 식 (3) 의 관계를 만족하는, 상기 1 에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
Figure 112017121538899-pct00003
3. 상기 용접 전류의 파형을, 사인 곡선파 또는 구형파로 하는, 상기 1 또는 2 에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
4. 상기 1 ∼ 3 중 어느 한 항에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 의해 강판을 용접하는, 용접 이음매의 제조 방법.
5. 상기 4 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법에 의해 얻어지는, 용접 이음매.
본 발명에 의하면, 다전극 서브머지 아크 용접에 있어서, 각 전극의 아크의 요동을 보다 유리하게 방지하는 것이 가능해져, 그 결과, 용접 안정성을 향상시키고, 또한 용접 금속의 형상을 개선할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다. 또, 각 전극의 아크의 요동을 방지함으로써, 용접시의 용융지 (溶融池) 의 진동을 억제할 수 있어, 용접 결함 (예를 들어 슬래그의 혼입, 비드 지단부 (止端部) 에 있어서의 언더컷 등) 을 저감시키는 효과, 및 용접시의 가스의 뿜어 올림을 억제하는 효과도 얻어진다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 있어서, 제 i 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력을 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 적용하는 개선 (開先) 형상의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 있어서, 제 i 전극의 용접 전류가 사인 곡선파인 경우의 위상 (Ψi), 파형 오프셋 (Ai) 의 예를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 있어서, 제 i 전극의 용접 전류가 구형파인 경우의 위상 (Ψi), 파형 오프셋 (Ai), 듀티비 (Bi) 의 예를 나타내는 그래프이다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 적용하여 강판 (1) 을 용접할 때의, 제 i 전극의 와이어 (2) 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (Fi) 을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 1 중의 Fi 는 와이어 (2) 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (N/m), Fxi 는 Fi 의 x 축 방향 (즉 수평 방향) 의 성분, Fyi 는 Fi 의 y 축 방향 (즉 연직 방향) 의 성분을 나타낸다. 또, θi 는 수평선 (용접 진행 방향의 수평선) 과 Fi 가 이루는 각 (rad), αi 는 와이어 (2) 중심축과 연직선이 이루는 각 (rad) 을 나타낸다. 또한, 이하에서는 α 를 전극 각도라고 기재한다. 또 도 1 에서는, 아크 기둥의 도시를 생략하였다.
그리고, 제 i 전극의 용접 전류를 Ii (A), 제 j 전극의 용접 전류를 Ij (A), 제 j 전극의 전극 각도를 αj (rad), 제 i 전극과 제 j 전극의 거리를 Lij (m) 로 하면, Fxi 는 이하의 (4) 식으로 산출된다. 또한, 식 중의 μ 는 투자율 (N/A2) 이며, 여기서는 공기 중의 투자율 (＝ 1.257 × 10-6 N/A2) 을 사용한다.
Figure 112017121538899-pct00004
또한, 강판 (1) 의 표면으로부터 제 i 전극의 와이어 선단까지의 거리를 Si (m) 로 하면, Fyi 는 이하의 (5) 식으로 산출된다.
Figure 112017121538899-pct00005
이와 같이 하여 Fxi 와 Fyi 를 산출하면, Fi 와 θi 는, 각각 하기의 (6) 식과 (7) 식으로 산출할 수 있다.
Figure 112017121538899-pct00006
Figure 112017121538899-pct00007
여기서, 이들 계산식으로 구해지는 값은 순시값이며, 용접 개시부터 종료까지의 Fi 의 값 중의 최대값을 Fimax (N/m) 로 한다. 또, 다음 식 (8) 에 나타내는 바와 같이, 용접 개시부터 종료까지의 시각 (t) 에 있어서의 Fi 의 값을 용접의 소요 시간 (이하, 용접 시간 (T) 이라고도 한다) 으로 적분하여, 그 적분값을 용접 시간 (T) 으로 나눔으로써 평균값 (Fiave (N/m)) 을 얻을 수 있다.
Figure 112017121538899-pct00008
그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에서는, 용접 진행 방향의 선두의 전극인 제 1 전극을 제외한, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극 (n : 2 이상의 정수) 에 대하여, 용접 전원으로서, 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 용접 전원, 예를 들어, 디지털 제어형 용접 전원을 사용하여, Fimax 및 Fiave 가 다음 식 (1) 의 관계를 만족하도록 용접 전류 (즉 교류 전류) 의 위상차 등을 전극별로 조정하여, 용접을 실시하는 것이 중요하다.
Figure 112017121538899-pct00009
여기서, n 은 전극수, i 는 2 ∼ n 까지의 정수이다.
이와 같은 조건으로 용접을 실시함으로써, 각 전극의 아크의 요동을 유효하게 방지하는 것이 가능해져, 용접 안정성의 향상 및 용접 금속의 형상의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.
또, 동시에, 그 전자력 (Fi) 의 표준 편차를 σFi (N/m) 로 했을 때, 그 Fimax, Fiave 및 σFi 가 다음 식 (2) 의 관계를 만족하도록, 용접 전류의 위상차 등을 조정하여 용접을 실시하는 것이 필요하다.
Figure 112017121538899-pct00010
이와 같은 조건으로 용접을 실시함으로써, 용접시의 용융지의 진동을 억제하는 것이 가능해져, 용접 결함을 저감시키는 효과, 나아가서는 용접시의 가스의 뿜어 올림을 억제하는 효과도 얻어진다.
또한, 전자력 (Fi) 의 표준 편차 (σFi (N/m)) 는, 다음 식 (9) 에 나타내는 바와 같이, 용접 개시부터 종료까지의 시각 (t) 에 있어서의 Fi 의 값으로부터 평균값 (Fiave) 을 빼고, 그 값을 2 승하여 용접 시간으로 적분하고, 그 적분값을 용접 시간 (T) 으로 나눈 값의 제곱근이 된다.
Figure 112017121538899-pct00011
또, 상기 게재한 식 (1) 식에 대하여, 보다 바람직하게는 이하의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112017121538899-pct00012
또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 0.1 정도이다.
또한, 상기 게재한 식 (2) 식에 대하여, 보다 바람직하게는 이하의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112017121538899-pct00013
또한, 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 Fiave ＋ 1.0σFi 정도이다.
덧붙여, 전극수 n 에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 2 ∼ 7 개로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3 ∼ 5 개이다.
또한, 제 1 전극은 n 개의 전극 중 용접 진행 방향의 선두에 배치되는 전극이며, 용접 진행 방향에 있어서의 배치순에 의해, 그 이후의 전극을 제 2 전극 ∼ 제 n 전극으로 한다. 따라서, 제 n 전극은, 용접 진행 방향의 최후미의 배치되는 전극을 가리킨다.
여기서, 제 1 전극의 용접 전류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 위상에 관한 제약이 없기 때문에, 직류 전류로 하는 것이 바람직하다. 한편, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극에서는, 상기 서술한 바와 같은 제어를 실시하기 위하여, 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 용접 전원, 예를 들어, 디지털 제어형 용접 전원을 사용하여, 용접 전류로서 교류 전류를 공급한다.
이와 같이 하여 제 1 전극에만 직류 전류를 공급하는 한편, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극에 교류 전류를 공급하고, 이들 제 2 전극 ∼ 제 n 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력의 최대값과 평균값 및 표준 편차에 대하여, 상기 게재한 식 (1) 및 (2) 의 관계를 동시에 만족시킴으로써, 안정적인 용입 깊이를 확보하면서, 각 전극의 아크의 요동을 유효하게 방지하여, 용접 안정성의 향상 및 용접 금속의 형상의 개선을 도모하는 것이 가능해진다. 또, 동시에, 용접시의 용융지의 진동을 억제하는 것이 가능해져, 용접 결함을 저감시키는 효과, 나아가서는 용접시의 가스의 뿜어 올림을 억제하는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 실제로 실시함에 있어서는, 상기 게재한 식 (1) 식 및 (2) 식을 만족하는 설정, 예를 들어, 용접 전류가 사인 곡선파인 경우에는, 전극마다의 용접 전류, 용접 전압, 주파수, 위상 및 파형 오프셋의 설정을, 또 용접 전류가 구형파인 경우에는, 전극마다의 용접 전류, 용접 전압, 주파수, 위상 및 파형 오프셋에 더하여 듀티비의 설정을, 해석 장치나 연산 장치를 사용하여 미리 구해 두면 된다.
또, 용접 중에 제 i 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi (rad)) 의 표준 편차를 σθi (rad) 로 했을 때, 그 σθi 가 다음 식 (3) 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, Fi (Fi 의 방향) 와 용접 진행 방향의 수평선이 이루는 각 (rad) 이다.
Figure 112017121538899-pct00014
여기서, 제 i 전극에 있어서의 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi (rad)) 의 표준 편차 (σθi (rad)) 를 (3) 식의 범위 내로 제어함으로써, 보다 유리하게 아크의 요동을 억제할 수 있어, 용접 안정성의 향상 및 용접 금속의 형상의 개선의 효과를 높임과 함께, 특히 용접시의 용융지의 진동도 유효하게 억제하여, 용접 결함을 저감시키는 효과, 및 용접시의 가스의 뿜어 올림을 억제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi (rad)) 의 표준 편차 (σθi (rad)) 는, 다음 식 (10) 에 나타내는 바와 같이, 용접 개시부터 종료까지의 시각 (t) 에 있어서의 θi 의 값으로부터 θi 의 평균값 (θiave) 을 빼고, 그 값을 2 승하여 용접 시간으로 적분하고, 그 적분값을 용접 시간 (T) 으로 나눈 값의 제곱근이 된다.
Figure 112017121538899-pct00015
또한, 각 전극, 특히 제 2 전극 ∼ 제 n 전극에 공급하는 용접 전류의 파형은, 사인 곡선파 또는 구형파인 것이 바람직하다. 디지털 제어형 용접 전원을 사용함으로써, 용접 전류의 파형을 형성하고, 그 위상을 보다 유리하게 제어하는 것이 가능해진다. 여러 가지 파형의 용접 전류 중에서, 사인 곡선파는, 상업용 전류와 동일하며, 제어가 용이할 뿐만 아니라, 관련 기기도 용이하게 응용할 수 있기 때문에 가장 바람직하다. 구형파는, 사인 곡선파와 유사한 단순한 파형이며, 파형의 생성이나 위상의 제어 등을 비교적 용이하게 실시할 수 있기 때문에 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 적용하여 강판을 맞대기 용접함으로써, 용접 금속의 형상 (즉 비드 형상) 이 우수한 용접 이음매를 얻을 수 있다. 또, 그 용접 중에 각 전극의 아크의 요동을 방지하고, 나아가서는 용접 안정성의 향상, 용접 결함의 저감, 가스의 뿜어 올림의 억제 효과가 얻어진다.
또한, 개선 형상은 특별히 한정되지 않으며, 통상적인 맞대기 용접에서 채용되는 형상 (예를 들어 Y 개선, I 개선 등) 을 채용하면 된다. 또한, X 개선의 맞대기 용접을 내외면 1 층 용접으로 실시하는 경우에도, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을 적용할 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 다전극 서브머지 아크 용접 방법을, 판이음 용접에 적용하는 경우에는 V 개선, 우육 (隅肉) 용접에 적용하는 경우에는 T 자 이음매, 각용접 (角溶接) 에 적용하는 경우에는 レ 형 개선으로 하는 것이 바람직하다.
개선 각도와 개선 깊이는, 용접 금속에 과부족이 발생하지 않도록 설정한다. 요컨대, 개선 각도는, 지나치게 작으면 개선의 벽면으로부터 아크가 발생하여, 용접이 불안정해지고, 지나치게 크면, 용접 금속을 개선에 충전하는 것이 곤란해지기 때문에, 45 ∼ 90 °가 바람직하다. 개선 깊이는, 다전극 서브머지 아크 용접의 용접 입열에 기초하여 용접 금속의 발생량을 추측하고, 그 용접 금속이 개선의 공간부에 과부족 없이 충만하도록 설정한다. 개선의 공간부의 용적은, 강판의 판두께 (t (㎜)), 개선 각도 (β (°)), 개선 깊이 (h (㎜)) 로부터 산출할 수 있다.
실시예
도 2 에 나타내는 바와 같이 강판 (1) 을 맞대어 개선 (3) 을 형성하고, 다전극 서브머지 아크 용접을 실시하여 맞대기 이음매를 얻었다. 개선 (3) 은 Y 개선으로 하고, 그 공간부에 용접 금속이 과부족 없이 충전되도록, 개선 각도 (β) 를 60 °, 개선 깊이 (h) 를 12 ㎜ 로 하였다. 강판 (1) 의 판두께 (t) 는, 이면으로 용락 (溶落) 이 발생하지 않도록 36 ㎜ 로 하였다.
여기서, 다전극 서브머지 아크 용접에 있어서의 전극은 2 ∼ 5 개로 하고, 각 전극의 극성, 파형, 용접 전류 (I (A)), 용접 전압 (E (V)), 주파수 (f (㎐)), 위상 (Ψ (rad)), 파형 오프셋 (A (％)), 듀티비 (B (％)) 를 다양하게 변화시켜 맞대기 용접을 실시하였다. 그 설정 조건을 표 1, 2 에 나타낸다. 또한, 제 i 전극의 용접 전류가 사인 곡선파인 경우의 위상 (Ψi), 파형 오프셋 (Ai) 의 예를 도 3 에 나타내고, 제 i 전극의 용접 전류가 구형파인 경우의 위상 (Ψi), 파형 오프셋 (Ai), 듀티비 (Bi) 의 예를 도 4 에 나타낸다.
Figure 112017121538899-pct00016
Figure 112017121538899-pct00017
또, 표 1 및 2 에 나타낸 설정 조건에 있어서의 Fimax, Fiave, σFi, σθi 를 각각 표 3 에 나타낸다.
Figure 112017121538899-pct00018
그리고, 각각의 설정 조건으로 다전극 서브머지 아크 용접을 실시한 경우의 용접 안정성 및 용접 금속의 형상 등을 평가하기 위하여, 용입 깊이의 안정성 및 비드폭의 안정성, 나아가서는 용접 중의 가스의 뿜어 올림, 용접 후의 용접 결함을 조사하였다.
여기서, 용입 깊이의 안정성에 대해서는, 용접 길이 10 m 당 용입 깊이의 변동이,
± 1 ㎜ 미만이었던 경우를 우수 (◎),
± 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 미만이었던 경우를 양호 (○),
± 2 ㎜ 이상이었던 경우를 불가 (×)
로서 평가하였다.
비드폭의 안정성에 대해서는, 용접 길이 10 m 당 비드폭의 표준 편차가,
1 ㎜ 미만인 경우를 우수 (◎),
1 ㎜ 이상 2 ㎜ 미만인 경우를 양호 (○),
2 ㎜ 이상인 경우를 불가 (×)
로서 평가하였다.
용접 중의 가스의 뿜어 올림에 대해서는,
뿜어 올림이 발생하지 않았던 경우를 우수 (◎),
뿜어 올림의 빈도가 0.2 회/초 미만이었던 경우를 양호 (○),
0.2 회/초 이상이었던 경우를 불가 (×)
로서 평가하였다.
용접 결함에 대해서는, 용접 금속의 내부를 X 선으로 관찰하여,
2 ㎜ 를 초과하는 결함이 관찰되지 않았던 경우를 우수 (◎),
용접 길이 10 m 당 2 ㎜ 를 초과하는 결함의 개수가 0.2 개 미만인 경우를 양호 (○),
용접 길이 10 m 당 2 ㎜ 를 초과하는 결함의 개수가 0.2 개 이상인 경우를 불가 (×)
로서 평가하였다.
이것들의 결과를 표 4 에 나타낸다.
Figure 112017121538899-pct00019
또한 표 4 에서는, (1) 식, (2) 식, (3) 식의 관계를 각각 만족하는 경우를 ○, 만족하지 않는 경우를 × 로 나타낸다.
표 4 로부터 분명한 바와 같이, 비교예인 용접 번호 1, 5, 9, 13 은, (1) 식 및 (2) 식을 모두 만족하지 않기 때문에, 비드폭이 크게 변동됨과 함께, 용접 중에 가스의 뿜어 올림이 발생하고, 또한 용접 결함이 다량으로 발생하였다.
또, 비교예인 용접 번호 2, 6, 10 은, (1) 식의 관계를 만족하는 한편으로, (2) 식을 만족하지 않기 때문에, 용접 중에 가스의 뿜어 올림이 발생하고, 용접 결함이 다량으로 발생하였다.
한편, 발명예인 용접 번호 3, 4, 7, 8, 11, 12 및 14 는, (1) 식 및 (2) 식의 관계를 만족하기 때문에, 용입 깊이와 비드폭의 안정성이 향상되고, 또한 용접 중의 가스의 뿜어 올림과 용접 결함도 억제되었다.
또, 특히, 용접 번호 4, 8, 12, 14 는, (1) 식 및 (2) 식에 더하여 (3) 식의 관계도 만족하기 때문에, 용입 깊이와 비드폭의 안정성이 더욱 향상되고, 또한 용접 중의 가스의 뿜어 올림과 용접 결함은 보다 효과적으로 억제되었다.
1 : 강판
2 : 와이어
3 : 개선

Claims (5)

  1. 복수의 전극을 사용하는 다전극 서브머지 아크 용접 방법으로서,
    용접 진행 방향의 선두의 전극인 제 1 전극을 제외한, 제 2 전극 ∼ 제 n 전극 (n : 2 이상의 정수) 에 있어서,
    용접 전원으로서, 용접 전류의 파형의 제어가 가능한 디지털 제어형 용접 전원을 사용하여,
    용접 중에 제 i 전극의 와이어 선단의 아크 기둥에 작용하는 전자력 (Fi) 의 최대값을 Fimax (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 평균값을 Fiave (N/m), 그 전자력 (Fi) 의 표준 편차를 σFi (N/m) 로 했을 때, 그 Fimax, Fiave 및 σFi 가 다음 식 (1) 및 (2) 의 관계를 만족하도록 하여 용접을 실시하는, 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
    Figure 112019096894909-pct00020

    Figure 112019096894909-pct00021

    여기서, n 은 전극수, i 는 2 ∼ n 까지의 정수이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자력 (Fi) 과 수평선이 이루는 각 (θi (rad)) 의 표준 편차를 σθi (rad) 로 했을 때, 그 σθi 가 다음 식 (3) 의 관계를 만족하는, 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
    Figure 112017121538899-pct00022
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용접 전류의 파형을, 사인 곡선파 또는 구형파로 하는, 다전극 서브머지 아크 용접 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 의해 강판을 용접하는, 용접 이음매의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 기재된 다전극 서브머지 아크 용접 방법에 의해 강판을 용접하는, 용접 이음매의 제조 방법.
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